JPH03222304A - 永久磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、Ｒ（ＲはＹを含む希土類元素である。　以下
同じ。）と、ＦｅまたはＦｅおよびＣＯと、Ｂとを含む
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石の製造方法に関する。

〈従来の技術〉 高性能を有する希土類磁石としては、粉末冶金法による
Ｓｍ−ＣＯ系磁石でエネルギー積３２ＭＧＯｅのものが
量産されている。

しかし、このちのは、Ｓｍ、ＣＯの原料価格が高いとい
う欠点を有する。　希土類元素の中では原子量の小さい
元素、例えば、ＣｅやＰｒ、Ｎｄは、Ｓｍよりも豊富に
あり価格が安い。　また、ＦｅはＣＯに比べ安価である
。

そこで、近年Ｎｄ−Ｆｅ−ＢＭｉ石等のＲ−Ｆｅ−Ｂ系
磁石が開発され、特開昭５９−４６００８号公報では焼
結磁石が、また特開昭６０−９８５２号公報では高速急
冷法によるものが開示されている。

焼結法による磁石では、従来のＳｍ−ＣＯ系の粉末冶金
プロセス（溶解−鋳造−インゴット粗粉砕−微粉砕−ブ
レス→焼結−磁石）を適用でき、しかも高い磁石特性が
得られる。　しかし、インゴット粉砕に手間がかかるた
め生産性が低い。　しかも、粉砕時に粗粉や微粉が生じ
て粒度分布が広くなってしまうため焼結後の結晶粒径の
ばらつきが大きく、保磁力および磁気特性カーブの角形
性に悪影響を及ぼす。　また、微粉は酸化され易いため
、磁石特性が低下する。

一方、高速急冷法では、焼結法に比ベニ程が簡素化され
［溶解−高速急冷一粗粉砕一冷間ブレス（温間プレス）
−磁石１、かつ微粉砕工程を必要としないという利点が
あるが、高速急冷合金は結晶粒径が極めて小さいため異
方性が得に＜＜、焼結磁石に比べて磁石特性が劣る。

〈発明が解決しようとする課題〉 特開昭６１−１１４５０４号公報には、非晶質あるいは
非晶質と結晶質が混合した急冷合金を熱処理して０．１
〜１０−の結晶を析出させ、次いで、粉砕、成形、焼結
を行なってＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石を得る方法が開示さ
れている。

この方法によれば、インゴツト材で問 題となる偏析を防ぐことができ、また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ
系合金は粒界破壊しやすいため、砕粉の粒径分布がイン
ゴツト材を粉砕した場合に比べて狭い範囲となるという
ものである。

しかしながら、急冷後のＲ−Ｆｅ−Ｂ系合金をそのまま
粉砕した場合、得られる合金粒子中には結晶粒界が残り
易く、このため粒子は、通常、多結晶体となる。　従っ
て、成形の際に磁場中配向を行なっても配向度が上がら
ず、残留磁化、角形比が不十分となってしまう。　また
、このような粉砕では粒径０．１ｐ以下の粒子の割合が
多くなり、酸化が生じ易い。

本発明はこのような事情からなされたものであり、磁石
特性、特に、保磁力、残留磁化、角形比が高いＲ−Ｆｅ
−Ｂ系の永久磁石を容易に製造することができる方法を
提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、下記（１）〜（４）の本発明によっ
て達成される。

（１）　Ｒ（ただし、Ｒは、Ｙを含む希土類元素の１種
以上である。）、ＢおよびＴ（ただし、Ｔは、Ｆｅ、ま
たはＦｅおよびＣＯである。）を主成分とする合金溶湯
を高速急冷して急冷合金を得る急冷工程、急冷合金に水
素を吸蔵させる水素吸蔵工程、水素を吸蔵させた急冷合
金を機械的に粉砕して合金粉末を得る粉砕工程、合金粉
末の成形体を形成する成形工程および成形体を焼結する
焼結工程を有することを特徴とする永久磁石の製造方法
。

（２）前記急冷工程と前記水素吸蔵工程との間に、結晶
粒を成長させるための熱処理を急冷合金に施す第１熱処
理工程を有する上記（１）に記載の永久磁石の製造方法
。

（３）前記水素吸蔵工程と前記粉砕工程との間に、真空
中または不活性ガス雰囲気中で合金粉末に熱処理を施す
第２熱処理工程を有する上記（１）または（２）に記載
の永久磁石の製造方法。

（４）前記成形工程を磁場中にて行なう上記（１）ない
しく３、）のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。

く作用〉 本発明では、まず、急冷工程において Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石の原料合金溶湯を高速急冷して
急冷合金を得る。

急冷工程において所望の結晶粒径が得られない場合には
、第１熱処理工程において急冷合金に熱処理を施し、結
晶粒を成長させる。

次いで、水素吸蔵工程において急冷合金に水素を吸蔵さ
せる。

水素を吸蔵することにより合金の結晶粒界が脆化ないし
破断する。

なお、水素吸蔵工程の後に、真空中または不活性ガス雰
囲気中で熱処理を施す第２熱処理工程を設ければ、水素
が追い出されて合金が安定化し、酸化されにくくなる。

続いて粉砕工程において、機械的力により急冷合金を粉
砕し、粉末化する。　この粉砕工程では、水素吸蔵工程
において脆化ないし破断された結晶粒界が破壊され、急
冷合金は結晶粒単位で分離して、結晶粒を構成粒子とす
る合金粉末が得られる。

この合金粉末を好ましくは磁場中にて成形後、焼結し、
永久磁石を得る。

このような本発明によれば、粉砕工程において得られる
合金粉末は殆ど結晶粒界を含まない合金粒子から構成さ
れることになる。

このため、合金粉末は結晶軸方向が一方向に揃っており
、従って、極めて高い配向性を有し、磁場中成形により
高角形比が得られる。

また、急冷合金は結晶粒径がほぼ均一な結晶質あるいは
非晶質組織を有するので、さらに熱処理を施した場合で
も結晶粒径の均一な合金を得ることができる。　そして
、本発明によれば合金粉末構成粒子の粒度分布はほぼ結
晶粒の粒度分布に等しくなるので、本発明により得られ
る焼結磁石は結晶粒径の均一性が高く、高保磁力が得ら
れる。

さらに、合金粉末はｏ、ＩＰｍ以下の微細粒子を殆ど含
まないため、酸化されに＜＜、安定生産が可能である。

く具体的構成〉 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明の製造方法は、Ｒ（ただし、Ｒは、Ｙを含む希土
類元素の１種以上である。）、ＢおよびＴ（ただし、Ｔ
は、Ｆｅ、またはＦｅおよびＣＯである。）を主成分と
する合金溶湯を高速急冷して急冷合金を得る急冷工程、
急冷合金に水素を吸蔵させる水素吸蔵工程、水素を吸蔵
させた急冷合金を機械的に粉砕して合金粉末を得る粉砕
工程、合金粉末の成形体を形成する成形工程および成形
体を焼結する焼結工程を有する。

急冷工程では１通常、１０３℃／秒以上の冷却速度で、
合金溶湯を急冷する。

急冷工程に用いる高速急冷法に特に制限はなく、片ロー
ル法、ディスク法、双ロール法等の他、アトマイズ法、
溶射等の各種高速急冷法、あるいはメカニカル・アロイ
ング等も適用できるが、本発明には片ロール法が最も適
当である。

上記したような各種高速急冷法により得られる急冷合金
は、薄帯状、薄片状あるいは粒状等の様々な形状であり
、例えば片ロール法を用いた場合は薄帯状にて得られる
。

薄帯状の急冷合金の厚さは一般に２０〜８０戸程度であ
るが、特に３０〜６０−とすると、膜厚方向の結晶粒径
の分布が小さくなるので、粒径の揃った合金粉末を得る
上で好ましい。

急冷合金の組織構造は冷却速度によっても異なるが、通
常、微結晶またはこれと非晶質との混合組織、あるいは
非晶質からなる。

また、その平均結晶粒径も冷却速度によって異なるが、
本発明では粉砕工程において急冷合金を結晶粒単位に分
離して粉末化し、この粉末を成形、焼結するので、粉砕
工程直前における急冷合金の結晶粒径は焼結原料として
好適な範囲となっていることが好ましい。

このような結晶粒径範囲は、平均結晶粒径で０．２〜ｌ
Ｏμ、特に０．５〜５ｐである。

この範囲の平均結晶粒径範囲とするためには、急冷時の
冷却速度を制御してもよいが、上記範囲の結晶粒径を得
るためには冷却速度をかなり低下させる必要がある。　
冷却速度を低下させると急冷合金内の結晶粒径がバラつ
き易くなるので、急冷工程後の第１熱処理工程により結
晶粒を成長させ、所望の結晶粒径とすることが好ましい
。

第１熱処理工程における各種条件は、熱処理される急冷
合金の組成や組織構造、あるいは平均粒径等によっても
異なるが、５００〜１０００　’Ｃにて・０．５〜２４
時間程度とすることが好ましい。

なお、急冷後、上記範囲の結晶粒径が得られていれば、
必ずしも第１熱処理工程を設けなくてもよい。

急冷工程後、あるいは第１熱処理工程後に、水素吸蔵工
程が設けられる。

水素吸蔵工程では、急冷合金に水素を吸蔵させる。

水素を吸蔵させる方法に特に制限はなく、急冷合金を水
素雰囲気中に放置しておく方法でよい。

雰囲気中の水素圧および放置時間に特に制限はないが、
結晶粒界の脆化ないし破断を効率的に行なうためには、
水素圧を０．５〜２゜気圧程度とすることが好ましく、
放置時間は０．５〜５時間とすることが好ましい。

また、水素を吸蔵させる際の温度は、室温〜３００℃の
範囲であることが好ましい。

なお、水素吸蔵時の雰囲気は、水素ガスの他に、Ｈｅ、
Ａｒ等の不活性ガスおよびその他の非酸化性ガスを含ん
だ混合雰囲気でもよい。

水素吸蔵工程後に、第２熱処理工程を設けることが好ま
しい。

第２熱処理工程は真空中または不活性ガス雰囲気中にて
行なわれる。

熱処理条件に特に制限はないが、急冷合金がらの水素除
去を効率的に行なうためには、４００〜７００℃にて０
．５〜５時間の熱処理を行なうことが好ましい。

水素吸蔵工程後、あるいは第２熱処理工程後に、粉砕工
程が設けられる。

粉砕工程では、急冷合金に機械的力を加えることにより
、急冷合金を結晶粒単位に分離する。　従って、粉砕に
より得られる合金粒子の平均粒径は、上記した急冷合金
の平均結晶粒径とほぼ同等である。

粉砕に用いる手段に特に制限はなく、ジェットミル、ア
トライター、ボールミル等の通常の粉砕機により行なう
ことができるが、鋭い粒度分布が得られ易いことから、
特にジェットミル等の気流式粉砕機を用いることが好ま
しい。

粉砕条件に特に制限はなく、急冷合金の寸法、組成等の
各種条件に応じて適当に設定すればよい。

粉砕工程に続く成形工程では、合金粉末を成形する。

成形は磁場中にて行なわれることが好ましく、磁場強度
に特に制限はないが、例えば１０ｋＯｅ以上とすること
が好ましい。

また、成形圧力にも特に制限はないが、例えば１〜５　
ｔ／ｃｍ２程度であることが好ましい。

なお、水素吸蔵工程を除く上記各工程は、Ａｒガス、Ｎ
２ガス等の非酸化性ガス雰囲気中にて行なわれることが
好ましい。

得られた成形体を、焼結工程において焼結し、永久磁石
とする。

焼結時の各種条件に特に制限はないが、例えば１０００
〜１２００℃で０１．５〜５時間焼結し、その後、急冷
することが好ましい。　なお、焼結雰囲気は、真空また
はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい
。

この後、好ましくは不活性ガス雰囲気中で、５００〜９
００℃にて１〜５時間時効処理を行なう。

なお、焼結後の平均結晶粒径は、０５〜２０−程度であ
り、好ましくは１〜１０戸程度である。

本発明に用いる原料合金の組成は、Ｒ，ＢおよびＴを主
成分とするものであり、その他に特に制限はないが、良
好な磁気特性を得るためには下記組成とすることが好ま
しい。

Ｒ，ＢおよびＴの含有量は、 Ｒ・２７．５〜４０重量％ Ｂ：０．８〜１．５重量％ Ｔ；残部 であることが好ましく、特に、 Ｒ：２７．５〜３３．５重量％ Ｂ：０．８〜１．２重量％ Ｔ：残部 であることが好ましい。

本発明において希土類元素Ｒとは、Ｙ、ランタニドおよ
びアクチニドであり、Ｒとしては、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｈｏ、
Ｔｂのうち少なくとも１種、あるいはさらに、Ｌａ、Ｓ
ｍ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｐｍ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｙの
うち１種以上を含むものが好ましい。

なお、Ｒとして２種以上の元素を用いる場合、原料とし
てミツシュメタル等の混合物を用いることもできる。

Ｒの含有量が上記範囲未満では、結晶構造がα−鉄と同
一構造の立方晶組織となるため、高い保磁力　ｉＨｃが
得られず、上記範囲を超えるとＲリッチな非磁性相が多
くなり、残留磁化Ｂｒが低下する。

Ｔの含有量が上記範囲未満であるとＢｒが低下し、上記
範囲を超えると　ｉＨｃが低下する。

なお、ＣＯの含有により磁気特性を損うことなく温度特
性を改善することができる。　ただし、ＣＯがＴの５０
％を超えると磁気特性が劣化するため、ＣＯはＴの５０
％以下とすることが好ましい。

Ｂの含有量が上記範囲未満であると菱面体組織となるた
めｉＨｃが不十分であり、上記範囲を超えるとＢリッチ
な非磁性相が多くなるため、Ｂｒが低下する。

また、Ｒ，ＴおよびＢの他、不可避的不純物としてＮｉ
、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃａ等が全体の２重量％以下含有されて
いてもよい。

さらに、Ｂの一部を、Ｃ，Ｐ、Ｓ、Ｎのうちの１種以上
で置換することにより、生産性の向上および低コスト化
が実現できる。　この場合、置換量は全体の０．４重量
％以下であることが好ましい。

また、保磁力の向上、生産性の向上、低コスト化のため
に、ＡＪ２、Ｔｉ、■、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂ　ｉ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｇｅ。

Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｈｆ等の１種以上を添
加してもよい。　この場合、添加量は総計で５重量％以
下とすることが好ましい。

このような組成を有する永久磁石は、実質的に正方晶系
の結晶構造の主相を有する。

そして、通常、体積比で１〜５０％の非磁性相を含むも
のである。

〈実施例〉 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳
細に説明する。

大４１引１ 下記の各工程により永久磁石サンプルＮｏ、　　１およ
び２を作製した。

［急冷工程］ 下記衣１に示される組成を有する合金Ａ、　Ｂの溶湯を
、片ロール法により高速急冷し、薄帯状の急冷合金を作
製した。

ロール材質にはＣｕを用い、ロール周速は５０　ｍ　／
　ｓとした。

表　　　１ （ｗｔ％）　　（ｗｔ％）　　（ｗｔ％）　　（ｗｔ％
）　　（ｗｔ％）　　（ｗｔ％）Ａ　　　　３０．６　
　　１．６ Ｂ　　　　２８．５３．０ １．０ ０．７ ０．４　　１．０ ０．３　　１．０ ａｌ ａｌ ［第１熱処理工程］ 得られた急冷合金を、Ａｒガス雰囲気中で９００℃にて
１２時間熱処理した。

この熱処理後、急冷合金の破断面を走査型電子顕微鏡（
ＳＥＭ）により観察し、平均結晶粒径を測定した。　結
果を下記表２に示す。

［水素吸蔵工程］ 熱処理後の急冷合金を、２００℃、ｌＯ負気圧水素ガス
雰囲気中に２時間放置し、水素を吸蔵させた。

［第２熱処理工程］ 水素吸蔵後の急冷合金を、真空中で５００℃にて１時間
熱処理し、水素の除去を行なった。

［粉砕工程］ ジェットミルにより急冷合金を粉砕し、合金粉末を得た
。

この合金粉末を構成する合金粒子の平均粒径を、フィッ
シャーのサブシーブサイザーにより測定した。

また、合金粒子の粒度分布を測定した。　粒度分布の測
定は、合金粒子を粘性の高い樹脂中に分散し、これをス
ライドガラス上に薄く塗布して測定した。　測定装置に
は、ＧＡＬＡＩ社製Ｃｌ５−１を用いた。

なお、粒度分布は、２０−以上の合金粒子の全粒子に対
する体積比率で評価した。

結果を下記表２に示す。

［成形工程］ 合金粉末を１２ｋＯｅの磁場中にて１．５ｔ／ｃｍ”の
圧力で成形し、成形体を得た。

［焼結工程］ 成形体を、真空中で１０９０℃、４時間焼結した後、急
冷し、焼結体を得た。

得られた焼結体に、Ａｒ雰囲気中で６００’Ｃにて１時
間時効処理を施し、永久磁石サンプルＮｏ、　　１およ
び２とした。

［磁気特性の測定］ 各サンプルについて、残留磁化Ｂｒ、保磁力ｉＨｃ、角
形比Ｈｋ　／　ｉＨｃ　、　（ＢＨ）ｍａｘおよび０２
含有量を測定した。　結果を表２に示す。

なお、Ｈｋとは、磁気ヒステリシスループの第２象限に
おける磁束密度がＢｒの９０％となるときの磁界強度で
あり、Ｈｋ／ｉＨｃが低いと、外部磁界や環境温度変化
により減磁が生じ易くなる。

比」１倒」。

水素吸蔵工程および第２熱処理工程を除いた他は上記実
施例１と同様にして、永久磁石サンプルＮｏ、１０１お
よび１０２を作製した。

ただし、粉砕工程では、実施例サンプルとほぼ同等の平
均粒径となるように粉砕条件を制御した。

これらのサンプルについて実施例１と同様な測定を行な
った。

結果を表２に示す。

表２に示されるように、水素吸蔵工程を有する本発明に
より製造された永久磁石サンプルＮｏ、　　１および２
では、比較サンプルに比べ磁気特性が高い。

また、サンプルＮｏ、　　１および２の製造に用いた合
金粉末は、その構成粒子の平均粒径が第１熱処理工程後
の急冷合金の平均結晶粒径とほぼ等しく、かつ極めて鋭
い粒度分布を有するので、結晶粒単位で分離していると
考えられる。

そして、これらのサンプルは０．１賜以下の合金粒子を
殆ど含んでおらず、上記表２に示されるように０２含有
量が少なく酸化されにくいことが明らかである。

以上の実施例の結果から、本発明の効果が明らかである
。

〈発明の効果〉 本発明によれば、保磁力、残留磁化、角形比が高いＲ−
Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石を容易に製造することが可能とな
る。

人　ティーデイ−ケイ株式会社 人　弁理士　　石　井　陽

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｒ（ただし、Ｒは、Ｙを含む希土類元素の１種以
   上である。）、ＢおよびＴ（ただし、Ｔは、Ｆｅ）また
   はＦｅおよびＣＯである。）を主成分とする合金溶湯を
   高速急冷して急冷合金を得る急冷工程、急冷合金に水素
   を吸蔵させる水素吸蔵工程、水素を吸蔵させた急冷合金
   を機械的に粉砕して合金粉末を得る粉砕工程、合金粉末
   の成形体を形成する成形工程および成形体を焼結する焼
   結工程を有することを特徴とする永久磁石の製造方法。
2. （２）前記急冷工程と前記水素吸蔵工程との間に、結晶
   粒を成長させるための熱処理を急冷合金に施す第１熱処
   理工程を有する請求項１に記載の永久磁石の製造方法。
3. （３）前記水素吸蔵工程と前記粉砕工程との間に、真空
   中または不活性ガス雰囲気中で合金粉末に熱処理を施す
   第２熱処理工程を有する請求項１または２に記載の永久
   磁石の製造方法。
4. （４）前記成形工程を磁場中にて行なう請求項１ないし
   ３のいずれかに記載の永久磁石の製造方法。